Desafíos y sistemas de tratamiento de aguas residuales existentes

El manejo de los residuos sanitarios ha sido una preocupación desde las primeras civilizaciones asentadas. Históricamente, las aguas residuales se vertían en las vías fluviales más cercanas, aprovechando la dilución y oxidación como tratamiento. Esta idea de "auto-purificación" no era incorrecta; muchos contaminantes pueden eliminarse mediante procesos naturales con suficiente exposición, tiempo y dilución. Sin embargo, el crecimiento de la población y el aumento de contaminantes en las aguas residuales han hecho que este enfoque sea inadecuado. El descubrimiento de enfermedades transmitidas por el agua dio como resultado el desarrollo del saneamiento con el objetivo de separar las aguas residuales del agua potable para proteger la salud humana. ref. Desde entonces, se han desarrollado muchos sistemas de tratamiento para reducir la entrada de desechos humanos crudos en los océanos. A continuación se muestra una introducción a los sistemas comunes de tratamiento de aguas residuales que se utilizan en la actualidad.

Consideraciones para la selección del sistema

Hoy en día, hay una variedad de formas de gestionar las aguas residuales. La selección de un método de tratamiento de aguas residuales depende en gran medida de la ubicación y el contexto. Muchos factores dictan qué tipo de sistema es más apropiado: un sistema de tratamiento centralizado con alcantarillado o un sistema de tratamiento in situ (descentralizado). La mejor solución para una comunidad puede no funcionar para otra. Las consideraciones para la selección del sistema deben incluir: 

• Recursos de la comunidad
• Tamaño de la poblacion
• Normas y expectativas sociales y culturales
• Apoyo político o restricciones regulatorias
• Geología e hidrología local
• Infraestructura existente

Vea estos casos de estudio de trabajo para centralizar el tratamiento de aguas residuales en la isla de Roatan, Honduras e Bonaire.

Actualmente, se carece de herramientas de apoyo a la toma de decisiones que tengan en cuenta los criterios sociales, de salud humana y ambientales para determinar el sistema más adecuado en función del contexto local. A medida que se desarrollan las herramientas, es importante incluir los conocimientos de los profesionales marinos sobre el grado de tratamiento y las tecnologías más efectivas para proteger el océano. Visita el Sustainable Sanitation and Water Management Toolbox para aprender más sobre sistemas y tecnologías de saneamiento.

Plantas de tratamiento de aguas residuales centralizadas (WWTPs por sus siglas en inglés) y alcantarillado

Las áreas densamente pobladas y las ciudades industrializadas dependen principalmente de plantas centralizadas de tratamiento de aguas residuales (WWTPs) para recibir y tratar las aguas residuales. Las intrincadas redes de tuberías de alcantarillado subterráneas llevan las aguas residuales de las casas y los edificios a la depuradora mediante gravedad y bombas. Una vez que las aguas residuales llegan a una planta de tratamiento de aguas residuales, se someten a varias etapas de tratamiento antes de ser descargadas. Los tipos de tratamientos utilizados y la calidad del agua tratada varían según la ubicación, las condiciones del agua, la disponibilidad de tecnología de tratamiento y otros factores. Sin embargo, incluso cuando se requieren tratamientos, las fallas son comunes y no debe asumirse que las regulaciones garantizan un tratamiento adecuado. A nivel municipal y de las instalaciones, las limitaciones en las concentraciones de nutrientes en el efluente se implementan comúnmente para abordar la carga de nutrientes y la eutrofización resultante. Si bien los criterios de tratamiento son útiles, no son suficientes para proteger los ecosistemas marinos de la contaminación sin una implementación generalizada de medidas de reducción de nutrientes.

Una vez que las aguas residuales llegan a una planta de tratamiento de aguas residuales, se someten a varias etapas de tratamiento antes de ser descargadas. Los tipos de tratamientos utilizados y la calidad del agua tratada varían según la ubicación, las condiciones del agua, la disponibilidad de tecnología de tratamiento y otros factores. Sin embargo, incluso cuando se requieren tratamientos, las fallas son comunes y no debe asumirse que las regulaciones garantizan un tratamiento adecuado. A nivel municipal y de las instalaciones, las limitaciones en las concentraciones de nutrientes en el efluente se implementan comúnmente para abordar la carga de nutrientes y la resultante eutrofización. Si bien los criterios de tratamiento son útiles, no son suficientes para proteger los ecosistemas marinos de la contaminación sin una implementación generalizada de medidas de reducción de nutrientes.

• Primariao físico, el tratamiento comienza con un cribado: las aguas residuales pasan a través de cribas para eliminar los sólidos grandes. El efluente luego se lleva a tanques de sedimentación donde la gravedad ayuda a sedimentar los sólidos suspendidos adicionales.
• Secundariao biológico, el tratamiento tiene como objetivo eliminar la materia orgánica de las aguas residuales antes de la desinfección. El oxígeno y los microorganismos se utilizan para catalizar y desarrollar reacciones bioquímicas que descomponen los contaminantes. Este proceso modela los sistemas naturales y se hace más eficiente mediante la aireación o la exposición a oxígeno adicional. El oxígeno es necesario para la descomposición y la aireación ayuda a eliminar los gases disueltos. Estas reacciones eventualmente estimulan la sedimentación de las partículas restantes. Las técnicas habituales de tratamiento biológico incluyen filtros percoladores y lodos activados, que aumentan la superficie disponible para los microorganismos, así como su densidad.
• Terciario, o tratamiento químico, se utiliza para una mayor sedimentación y eliminación de nutrientes. Los polímeros agregados atraen contaminantes para crear grumos, mientras que los filtros de carbón o carbón vegetal catalizan la adsorción física para reducir los nutrientes.
• Finalmente, el efluente se desinfecta para neutralizar los patógenos restantes. Si bien el cloro es uno de los desinfectantes más comunes, se puede preferir los rayos UV o el ozono para minimizar las concentraciones químicas residuales. ref.

El flujo de efluentes a través de una WWTP desde las tuberías de entrada hasta la descarga. Fuente: Mallik y Arefin 2018

En algunos países se requiere tratamiento primario y secundario y está aumentando el número de instalaciones que incorporan tratamiento terciario. ref. Sin embargo, incluso cuando se requieren tratamientos, las fallas son comunes y no se debe suponer que las leyes vigentes indiquen un tratamiento adecuado. Además, se están implementando limitaciones en las concentraciones de nutrientes en el efluente a nivel municipal y de las instalaciones para abordar la carga de nutrientes y el resultado. Los criterios de tratamiento son útiles, pero no suficientes para proteger los ecosistemas marinos de la contaminación.

Sistemas de alcantarillado combinados

En las grandes ciudades urbanas, muchos paisajes carecen de la absorción y las capacidades de retención que ofrecen los suelos, pastizales, bosques y otras características naturales. Cuando llueve, el agua fluye sobre superficies impermeables (es decir, pavimentadas), acumulando escombros y contaminantes y convirtiéndose en escorrentía contaminada comúnmente conocida como aguas pluviales. Para minimizar los impactos en los cuerpos de agua, muchas ciudades han construido alcantarillas combinadas para recolectar y transportar las aguas pluviales a las mismas plantas de tratamiento de aguas residuales centralizadas que las aguas residuales. Esto permite que la planta de tratamiento elimine los aceites, pesticidas, bacterias, sedimentos y otros contaminantes que contienen las aguas pluviales. Si bien un sistema de alcantarillado combinado parece eficiente, las fuertes tormentas, el gran deshielo y, a veces, incluso una lluvia ligera pueden exceder la capacidad de estas tuberías, tanques de retención y sistemas de tratamiento. El sistema sobrecargado descarga grandes cantidades de aguas residuales sin tratar, incluidas las aguas residuales sin tratar, en las vías fluviales. En los Estados Unidos, 40 millones de personas reciben servicios de alcantarillado combinado, que descargan más de 3 billones de litros de aguas residuales sin tratar y escorrentía de aguas pluviales anualmente en eventos combinados de desbordamiento de alcantarillado. ref.

Vea el seminario web Wastewater 101 para obtener más información sobre el manejo de aguas residuales:

Sistemas de tratamiento descentralizados

Los sistemas descentralizados de tratamiento de aguas residuales, o sistemas de saneamiento sin alcantarillado, son sistemas in situ a pequeña escala para el manejo de desechos humanos.

El flujo de aguas residuales a través de un sistema séptico in situ convencional. Fuente: EPA Office of Water 2002

Los sistemas descentralizados de tratamiento de aguas residuales recolectan, tratan y descargan efluentes de aguas residuales en el sitio donde se generan. Existen muchos tipos de sistemas de tratamiento in situ. Los siguientes tipos son los más comunes a nivel mundial:

• Pozos ciegos tienen un paso de contención y tratamiento. Los pozos excavados o construidos recolectan el efluente para el asentamiento natural. Los pozos pueden estar sin revestimiento o separados del suelo y el agua subterránea con una barrera de piedra o de hormigón. Los pozos negros no proporcionan un tratamiento adecuado y están siendo reemplazados en muchos lugares por un sistema de tratamiento más eficaz.
• Sistemas basados ​​en contenedores recolectan y almacenan aguas residuales en el sitio y requieren que los desechos se transporten a otro lugar para su tratamiento. Estos sistemas se encuentran predominantemente en áreas con infraestructura limitada e incluyen letrinas de pozo, que deben vaciarse una vez que están llenas, y retretes de cubetas, que se vacían a diario. El tratamiento de los desechos recolectados a partir de opciones basadas en contenedores puede variar desde procesos de tratamiento convencionales, nuevas prácticas de recuperación de recursos o ningún tratamiento en absoluto.
• Campos de drenaje promueven oportunidades para el tratamiento adicional de efluentes por microorganismos en el suelo, grava u otros materiales antes de su descarga al suelo o aguas superficiales.

El siguiente video de The Nature Conservancy Long Island proporciona una explicación más detallada de los sistemas sépticos y de pozos ciegos.

Los sistemas sépticos y pozos ciegos convencionales no están diseñados para eliminar nutrientes u otros contaminantes del efluente, que pueden representar una amenaza peligrosa para los ambientes marinos en las áreas costeras. Recientemente se han desarrollado tecnologías para abordar la eliminación de nutrientes en sistemas descentralizados, pero estas nuevas soluciones no se han implementado ampliamente debido a una falta global de regulación sobre los nutrientes en los efluentes de aguas residuales. La mejora de los sistemas descentralizados para incluir una mayor reducción de nutrientes ha demostrado una mayor rentabilidad que la construcción de nuevas instalaciones de tratamiento de aguas residuales a gran escala. Las fugas pasadas por alto y las fallas en estos sistemas dan como resultado una fuente de contaminación difusa, que a menudo pasa desapercibida. Incluso cuando se rastrean las fuentes de contaminación, el incumplimiento tiene pocas consecuencias, lo que deja pocas oportunidades para la aplicación.

La infraestructura a menudo se ve limitada por la topografía de la región. Las áreas flotantes, los terrenos inundables, los suelos impermeables y las zonas costeras pueden dificultar la implementación de muchos sistemas. Ver el estudio de caso del lago Tonle Sap, Camboya y el lago Indawgyi, Myanmar que describe el desarrollo y la implementación de Handypods por Wetlands Work.

Descarga

Descarga de una tubería de desagüe. Foto © pixabay

Después del tratamiento de los sistemas centralizados o descentralizados, el efluente tratado se descarga directamente a los cuerpos de agua cercanos o al suelo. Los tipos de tratamiento aplicados a las aguas residuales y la ubicación del vertido afectan al grado de contaminación del océano por los efluentes de las aguas residuales. Las tuberías de desagüe descargan efluentes directamente en ríos y océanos. Los campos de drenaje, los suelos, los humedales y la vegetación ralentizan la filtración del efluente en las aguas subterráneas, lo que ayuda a eliminar los contaminantes. Esto ha llevado al desarrollo de técnicas avanzadas de reducción de nutrientes y soluciones basadas en la naturaleza para ralentizar el flujo de efluentes. Los estudio de caso de Santiago en República Dominicana demuestra un gran éxito en el uso de humedales artificiales para reducir los contaminantes orgánicos vertidos a la cuenca.

La descarga de aguas residuales tratadas de manera inadecuada aumenta los riesgos peligrosos para las personas, los animales y los ecosistemas. Es relativamente fácil determinar si una planta de tratamiento costera a gran escala está descargando efluentes tratados o sin tratar directamente en el océano. Más difícil de detectar es la lixiviación de los sistemas de contención más pequeños y la descarga de agua subterránea. Ver el estudio de caso de Dar es Salaam, Tanzania, África Oriental que describe como combatir el problema del vertido al medio ambiente del contenido de las letrinas de pozo.